Мир Знаний

Інформаційно-вимірювальна система температури (стр. 3 из 4)

За умови

код
результату вимірювання для чотирипровідної лінії зв`язкувизначатиметься як

, (1.5)

де

- опір терморезистивного перетворювача при 0
;
- коефіцієнт пертворення напуги на струм;
- відношення опорів терморезистивного перетворювача.

Для трипровідної лінії зв`язку код

результату вимірювання знаходиться як

, (1.6)

де

,
- опори першого та другого струмових дротів;
- коефіцієнт передачі суматора за середнім входом.

При виконанні коефіцієнта передачі

підстроюваним, трудомістка операція підгонки різниці опорів (
, де
- опір резистора підгонки) замінюється набагато простішою операцією підстроювання
. Це забезпечує інваріантність результату вимірювання до опорів три провідної лінії зв`язку.

В Україні ЦВТ промислового використання типів А565.А56, ЦР7701 серійно випускаються ВАТ «Мукачівприлад». Вони призначені для роботи із всіма стандартними первинними перетворювачами, їх похибка (0,1…0,2)% в декілька разів менша від похибок цих перетворювачів.


2 Техніко-економічне обгрунтування доцільності розробки

На мою думку, розробки інформаційно-вимірювальних систем вимірювання температури в наш час є надзвичайно доцідьними, оскільки у світі настає період енергетичних та палиних криз і все частіше можна почути про доцільність енерго-зберігаючих технологій. А розробка такої технології не можлива без контролю затрат. Наприклад, існують системи автоматичного опалення приміщень. Де інформація про температуру повинна збиратись з декількох точок приміщення. А контроль за цим покладається саме на інформаційно-вимірювальні системи.

Також будь-яка сучасна побутова техніка оснащена сенсорами температури: праски, мікрохвильові пічки, пральні машини тощо. Так не всі дані прилади потребують використання саме ІВС, мікропроцесорної техніки або комп`ютера, але доцільність вимірювання та контролю температури не викликає сумнівів.

При позробці та обранні структурної схеми необхідно враховувати цілі та мету майбутнього пристрою, тобто сферу використання, ціну та якість приладу. Тобто необхідно тверезо оцінити усі недоліки та переваги можливих варіантів структурних схем. При розробці даного проекту я керувався наступними варінтами структурної схеми:

Рисунок 6 - Структурна схема ІВС вимірювання температури без використання шини обміну даними

Рисунок 7 - Структурна схема ІВС вимірювання температури з використанням шини обміну даними

Рисунок 8 - Структурна схема ІВС вимірювання температури з використанням гальванічної розв`язки

На структурних схемах використані наступні позначення:

t0/U – первинний вимірювальний перетворювач температура-напруга (використовується для перетворення температури у постійну напругу);

МХ – мультиплексор, який використовується для комутації двох каналів;

Л/# – аналогово-цифровий перетворювач. Потрібний для перетворення значення температури у цифровий код і передачі на мікроконтролер;

MCU – мікроконтролер;

І – інтерфейс. Потрібний для передачі даних від мікро контролера до ПК.

Проаналізуємо переваги та недоліки усіх трьох варіантів у вигляді порівняльної таблиці:

Таблиця 2 – Порівняння варіантів структурних схем

Ознака І ІІ ІІІ П
Надійність 1 0 1 1
Низька собівартість 1 0 0 1
Простота реалізації 1 1 0 1
Швидкодія 0 1 1 1
Точність 0 1 1 1
Мобільність 1 1 0 1
Зручність у побуті 1 0 0 1
ΣЕ 5 4 3 7
0,71 0,57 0,42 1

Отже, по результатам порівняння ознак обираємо той варіант, який набрав найбільший бал, тобто, перший варіант. Розробку принципової електричної схеми потрібно проводити на основі обраної структурної.


3 Розробка структурної схеми

Мною обрана структурна схема, що зображена на рисунку

Вона є оптимальною, оскільки звідповідає усім поставленим вимогам.

Рисунок 9 - Структурна схема багатоканальної системи вимірювання температури

Роз`яснення основних структурних блоків:

- датчик температури, призначений для вимірювання температури повітря в межах від -450С до +1250С;

- мультиплексор, призначений для керування потоками даних, - для вибору каналу, за якими проводиться вимірювання та інших задач пов’язаних с керуванням потоками інформації;

- АЦП, призначений для перетворення вхідної безперервної величини, що містить вимірювальну інформацію у цифровий код, який теж містить дану інформацію;

- мікроконтролер, призначений для обробки вимірювальної інформації, що переставлена у цифровому вигляді, для керування даною інформацією та забезпечення обміну даними між окремими частинами ІВС та зовнішніми пристроями;

- інтерфейс, призначений для обміну даними між ІВС та зовнішніми пристроями, зокрема ЕОМ.


4 Розробка електричної принципової схеми

4.1 Вибір первинного вимірювального перетворювача

В якості первинного вимірювального перетворювача обрано датчик температури на базі схеми LM232 фірми SGS-ThompsonMicroelectronics. Дана мікросхема має такі основні характеристики:

- температурний коефіцієнт 10 мВ/0C;

- діапазон вимірювання від -400C до +1250C;

- здатність калібрування;

- динамічний опір менше 1 Ом;

- захист від зворотної напруги;

- максимальна похибка 2%;

- лінійність;

Рисунок 10 – Структурна схема LM235


4.2 Вибір мультиплексора

Для використання в схемі обраний мультиплексор ADG604 фірми AnalogDevice – 4-х канальний CMOS мультиплексор з ін`єкцією заряду 1 пКл і з низькими струмами витоку

Особливості даного мультиплексора:

– Ін`єкція заряду 1 пКл;

– Біполярне живлення від +/- 2.7 В до +/-5.5 В;

– Однополярне живлення від +2.7 В до +5.5 В;

– Розширений температурний діапазон від -40С до +125С;

– Струми витоку 100 пА;

– Опір відкритого каналу 85 Ом (тип);

– Робота з сигналами від шини до шини живлення;

– Малий час комутації;

– Типове енергоспоживання менше 0.1 мкВт;

– TTL/CMOS- сумісні входи;

Корпус типу 14-Lead TSSOP.

Рисунок 11 - Функціональна блок- схема ADG604


Рисунок 12 – Розташування виводів ADG604

Опис мікросхеми: ІС ADG604 є CMOS, аналоговим мультиплексором, що складається з 4-х одинарних каналів. Він працює від одно- /бі - полярного джерел живлення з напругами від +2.7 В до +5.5 В/ від +/-2.7 до +/- 5.5 В.

ІС ADG604 комутує один з чотирьох входів на загальний вихід D, відповідно до стану управляючих і адресних сигналів A0, A1 і EN. Низький логічний рівень („0”) на вході EN відключає пристрій.

І С ADG604 володіє ультра - низьким рівнем ін`єкції заряду 1 пКл і низькими струмами витоку, менше 250 пА. ІС володіє опором відкритого каналу 85 Ом (тип), і розузгодженням опорів між каналами не більше 8 Ом. ІС ADG604, також має низьке значення розсіюваної потужності при малому часі комутації каналів.

4.3 Вибір аналогово-цифрового перетворювача

Обраний аналогово-цифровий перетворювач AD7476 також фірми AnalogDevice. 12 бітний 1 MSPS АЦП в 6 вивідному SOT-23 корпусі.

Основні характеристики:

– Висока швидкість перетворення: 1 MSPS